이순칠 교수님이 수업 시간에 추천하신 책. 로저 펜로즈(Roger Penrose)는 상당히 유명한 수리물리학자로, 수학/물리학/논리학/심리학을 넘나드는 학제간 연구로 유명하다. 사실 이 책 이전에 룸메이트 책꽂이에 꽂혀있던 <우주, 양자, 마음>이라는 책을 읽어봤기 때문에 펜로즈에 대해서는 살짝 알고 있었다. 하지만 이렇게 자세하게 펜로즈의 사상을 들여다보기는 처음.

책은 상당히 짜임새 있는 구조로 되어있다. 우선 수학과 논리학에서부터 튜링 머신 등을 통해 '알고리즘'을 소개하며 "'마음'이란 무엇인가?"라는 질문을 던진다. 이후 상대론/양자역학/우주론으로 이어지는 물리학 주제들을 통해 자신의 이론 체계를 공고화한 후, 마지막에서 다시 처음의 주제로 돌아가 자신의 물리학 이론을 적용해 '의식'을 설명한다. 물리학/심리학 뿐 아니라 논리학과 수학에 대해서도 관심이 있는 나에게는 이 책의 주제들이 상당히 흥미로웠다. 책의 양이 비교적 많아 읽는데 시간이 좀 걸렸지만, 그만한 시간을 투자할 가치가 있었다고 생각한다.

특히 재미있었던 부분 중 하나는 열역학 제 2법칙의 기원을 설명하는 부분이었다. 펜로즈는 열역학 제 2법칙이 성립하게 된 이유가 단순히 우리 우주가 엔트로피가 매우 낮은 초기 상태를 가졌기 때문이라고 설명한다. 그리고 이 초기 상태는 시공간 구조를 의미하는 방정식에서 등장하는 바일 텐서(Weyl tensor)가 0의 값을 갖기 때문이고(이 얘기를 하면서 펜로즈는 인플레이션 우주론에 동의하지 않는다고 말한다!), 바일 텐서가 0이 되는 이유는 양자역학의 '붕괴' 과정이 시간 비대칭적이기 때문이라고 주장한다. 이는 조금만 생각해보면 쉽다. 특정 연산자 A에 대해 고유벡터가 |A₁>, |A₂>, |A₃>, ...과 같이 존재한다고 하자. 만약 '붕괴'가 일어나 |A_k>가 선택되었다면, 이 아이로부터 그 직전의 상태벡터를 재구성할 수 있을까? 없다! 따라서 양자역학적 상황에서는 시간이 '한쪽 방향으로만' 흐르고(즉 '붕괴'가 일어나는 방향으로) 이 '시간'이 곧 열역학 제 2법칙 속의 '시간'이라는 것이다. 이는 호킹이 <시간의 역사>에서 주장한 시간보다 (최소한 나에게는) 훨씬 설득력 있다. (일반상대론은 잘 모르기 때문에 바일 텐서 어쩌고 -_- 가 얼마나 옳은 소린지는 잘 모르겠다;)

펜로즈는 이 이론을 확장해서 급기야는 사람의 '의식'을 이로 설명하려 한다. 이 부분에서 펜로즈에게 살짝 동의할 수 없는 것이, 펜로즈는 몇 개 안 되는 실험논문과 자신 및 주위 사람들의 경험을 바탕으로 '의식' 현상을 설명한다. 하지만 의식 현상이 그리 간단하지 않을텐데, 그런 의식 현상을 설명하는 데에는 근거가 너무 빈약하다는 느낌이 든다. 하지만 여기서 내리는 펜로즈의 결론에는 일부 동의한다. 인간의 뇌가 컴퓨터와 다른 점은, 인간의 뇌 속에서는 파동함수들의 중첩으로 인한 양자 현상이 일어난다는 점이다. 그리고 아마 그걸 계산에 이용할 것이다. (엄밀히 말하면 컴퓨터 내부에도 파동함수들이 중첩될 수 있다. 하지만 그렇다고 그걸 계산에 이용하지는 않는다.) 나도 양자 현상이 인간의 '자유 의지(free will)'와 관련되어 있으리라 생각한다.

책 뒷부분에서 약간 엄밀함이 떨어지는 감이 있지만 (이 책은 펜로즈의 주장을 전파하기 위한 책이지, 과학 교과서가 아니다) 상당히 흥미로운 주제들이었고, 저자의 필력이나 역자의 번역 실력 모두 괜찮았기 때문에 읽으면서 내내 즐거웠다. 나중에 물리학도 친구와 이 책에 대해 토론해봐야지.